Dat meer kooldioxide (CO2) in de lucht ook de oceanen verzuurt, is geen nieuws. Dat schelpdieren en steenkoralen daaronder lijden, omdat ze in zuurder water moeilijker kalk aan het water kunnen onttrekken, leek daaruit de logische conclusie te zijn. Maar dat er eencellige schelpdiertjes bestaan die in een zuurder milieu mogelijk juist beter kalk aanmaken, is een volslagen nieuw inzicht dat een groep van Nederlandse en Japanse wetenschappers heeft verrast.

Onderzoekers van het NIOZ (het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee) en JAMSTEC (Japanese Agency for Marine-earth Science and Technology) vonden in hun experimenten dat zogeheten foraminiferen in zuurder water mogelijk juist makkelijker kalk aanmaken voor hun schelpvorming. Foraminiferen zijn eencellige schelpdiertjes die in groten getale voorkomen in de oceanen. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Sinds 1750 is de zuurgraad van de oceaan gestegen met 30%. Volgens de gangbare theorie, en bijbehorende experimenten met kalkhoudende algen en schelpdieren, lost kalk (calciumcarbonaat) in zuurder water eerder op. De vorming van kalk door schelpdieren en steenkoralen verloopt dan moeilijker doordat er onder zuurdere omstandigheden minder carbonaat aanwezig is. Het carbonaat-ion staat via twee chemische evenwichtsreacties direct in verbinding met opgelost kooldioxide.

Zelfregulerende biochemische goocheltruc

Microscopische foto's van foraminiferen
Microscopische foto’s van foraminiferen. Links: Een foraminifeer met een schelp met vier kamers, waarvan er eentje leeg is. Rechts: Foto van de inhoud van een foraminifeer. De groen gekleurde inhoud bestaat uit zeewater met een indicator die aantoont dat de zuurgraad is veranderd. De ware grootte van een foraminifeer is ongeveer 0,25 millimeter.

De klassieke theorie gaat uit van uitsluitend chemische processen waarbij de zuurgraad van het water bepalend is voor de snelheid waarmee kalk wordt aangemaakt. NIOZ-onderzoeker en gedeeld eerste auteur Lennart de Nooijer: “In onze experimenten bleken foraminiferen in staat om de zuurgraad op micro-niveau zelf te reguleren. Op de plaatsen waar schelpvorming plaatsvond, was de zuurgraad zelfs flink lager dan in het omringende zeewater. Foraminiferen scheiden bij kalkvorming via hun celwand grote hoeveelheden waterstofionen uit. Dit leidt tot verzuring van hun directe omgeving waardoor het evenwicht tussen kooldioxide en carbonaat verschuift ten gunste van kooldioxide. De organismen nemen de toegenomen concentratie kooldioxide snel door hun celwand op. Aan de binnenzijde van de celwand heerst juist een lage zuurgraad, waardoor de binnengekomen kooldioxide daar weer wordt omgezet in carbonaat, dat dan ter plekke samen met calcium wordt afgezet als kalk. Zo’n actief biochemisch regulatiemechanisme is nog nooit gevonden.”

Dragen zelfregulerende ééncelligen bij aan opwarming van de aarde?

De oppervlaktelaag van de oceaan is in evenwicht met de atmosfeer. Meer kooldioxide in de lucht leidt dus ook tot meer opgelost kooldioxide aan het oppervlak van de oceaan. “Deze vondst kan belangrijke gevolgen hebben voor de verhouding tussen kooldioxidegehalten in de lucht en de vorming van kalkhoudende structuren door organismen” zegt co-auteur professor Gert-Jan Reichart. “Als de klassieke hypothese stand houdt en meer kooldioxide leidt tot minder kalkproductie, dan kunnen de oceanen CO2 blijven opnemen uit de atmosfeer. Maar als de meerderheid van organismen zelf de chemische vorm van hun anorganisch koolstof kan reguleren door biochemische processen en zo ook in een zuurdere oceaan kalkstructuren kan blijven vormen, dan kan de concentratie van opgelost kooldioxide in de oceanen na verloop van tijd gaan toenemen. In dat geval kunnen de oceanen steeds minder kooldioxide uit de atmosfeer opnemen. Hierdoor zouden de gehalten in de lucht sneller dan nu gaan stijgen, met mogelijk een snellere opwarming als gevolg.”

Foto: NIOZ

Artikel: Toyofuku T, Matsuo MY, De Nooijer LJ, et al. Proton pumping accompanies calcification in foraminifera. Nature Communications, 2017.